Indflydelse af kornstørrelse
Kornstørrelse er en af de mest fundamentale faktorer, der påvirker hårdheden af rent kobber. Ifølge Hall-Petch-forholdet stiger hårdheden og styrken af metalmaterialer tilsvarende, når kornstørrelsen falder. I rent kobber betyder fine korn flere korngrænser. Korngrænser kan hindre bevægelsen af dislokationer under deformation; jo større modstand, jo højere hårdhed.
Når rent kobber er i støbt tilstand, er dets korn normalt grove, hvilket resulterer i lav hårdhed. Gennem processer som smedning, ekstrudering eller passende varmebehandling kan kornene raffineres. Den raffinerede kornstruktur forbedrer ikke kun hårdheden, men hjælper også med at opretholde en god sejhed. I modsætning hertil, hvis rent kobber holdes ved en høj temperatur i lang tid, vil der ske kornvækst, antallet af korngrænser vil falde, obstruktionen for dislokationer svækkes, og hårdheden vil falde betydeligt. Derfor er kontrol af kornstørrelse et vigtigt middel til at justere hårdheden af rent kobber i industriel produktion.
Påvirkning af plastisk deformation og arbejdshærdning
Plastisk deformation er den mest direkte og almindeligt anvendte metode til at forbedre hårdheden af rent kobber. Rent kobber har ekstrem høj plasticitet, og betydelig arbejdshærdning vil forekomme efter koldbearbejdning, såsom koldvalsning, koldtrækning, stempling og bukning.
Under den plastiske deformationsproces genereres et stort antal dislokationer inde i kobbermatrixen. Disse dislokationer vikler sig ind, skærer og fastholder hinanden, hvilket gør det sværere for dislokationer at bevæge sig, hvilket i høj grad forbedrer hårdhed og styrke. Jo større mængden af deformation er, jo mere tydelig er arbejdshærdningseffekten, og jo højere hårdhed. For eksempel har fuldblødt rent kobber meget lav hårdhed og er let at bøje, mens hårdheden efter stor deformation koldtrækning kan fordobles eller mere. Imidlertid vil overdreven kolddeformation føre til et kraftigt fald i plasticitet og sejhed, hvilket gør materialet tilbøjeligt til at revne. Derfor er graden af koldbearbejdning i den faktiske produktion strengt kontrolleret i henhold til kravene til hårdhed og formbarhed.
Indflydelse af temperatur og termisk historie
Temperaturen har en vigtig indflydelse på hårdheden af rent kobber, hvilket afspejles i både høj-temperaturservice og varmebehandlingsprocesser. Ved høje temperaturer intensiveres atomernes termiske bevægelse, dislokationers evne til at overvinde forhindringer forbedres, og hårdheden falder tilsvarende. Dette er grunden til, at rent kobber er lettere at deformere ved høje temperaturer.
Med hensyn til varmebehandling kan udglødningsbehandling eliminere arbejdshærdning og reducere hårdhed. Efter koldbearbejdning opvarmes rent kobber til omkrystallisationstemperaturen og holdes i en vis tid og afkøles derefter. Omkrystallisering sker inde i materialet, de forvrængede korn erstattes af nye ensartede og fine korn, forskydninger reduceres kraftigt, den arbejdshærdende effekt elimineres, og hårdheden vender tilbage til et lavt niveau. Udglødningstemperaturen og holdetiden påvirker direkte omkrystallisationsgraden og kornstørrelsen og styrer derved den endelige hårdhed. Hvis temperaturen er for lav eller tiden er for kort, kan arbejdshærdningen ikke helt elimineres; hvis temperaturen er for høj eller tiden er for lang, vil der opstå kornforgrovning, og hårdheden vil blive yderligere reduceret, men ydeevnen bliver ustabil.
Indflydelse af urenhedsindhold
Strengt taget indeholder rent industrielt kobber en lille mængde uundgåelige urenheder, såsom jern, bly, zink, fosfor, ilt osv. Disse sporurenheder vil også påvirke hårdheden af rent kobber.
De fleste urenheder i fast opløsning vil forårsage gitterforvrængning, hindre dislokationsbevægelser og øge hårdheden af rent kobber en smule. Imidlertid vil for højt indhold af urenheder danne sprøde andenfaser eller indeslutninger, som ikke kun påvirker ledningsevnen, men også fører til ujævn hårdhed og reduceret plasticitet. Især for kobber med høj-renhed, der anvendes i det elektriske felt, er urenhedsindholdet strengt begrænset. Sammenlignet med andre faktorer er virkningen af generelle sporurenheder på hårdheden relativt svag, men i fremstillingen af høj-præcisions- og-højtydende rene kobberprodukter er kontrollen af urenhedstyper og indhold stadig et uundværligt led.
Konklusion
Sammenfattende er hårdheden af rent kobber et omfattende resultat af intern mikrostruktur og eksterne behandlingsforhold. Forfining af kornstørrelse og kold plastisk deformation kan effektivt forbedre hårdheden; temperaturstigning og udglødningsbehandling vil reducere hårdheden; og spor urenheder har en lille justering effekt. I industrielle applikationer kan hårdheden af rent kobber justeres nøjagtigt for at opfylde ydeevnekravene for forskellige arbejdsforhold ved rimeligt at kontrollere støbning, koldbearbejdning, varmebehandlingsprocesser og råmaterialers renhed. Denne kontrollerbarhed gør rent kobber til et uerstatteligt grundmateriale i mange industrielle områder.
